Підвищення ефективності електричних парогенераторів шляхом інтенсифікації теплообміну кипінням у щілинних каналах - Автореферат

Перевагами автономних електричних парогенераторів є: екологічна чистота; висока швидкість виходу на режим; можливість управління та регулювання параметрами пари у широких межах; висока точність підтримки температур в обємі або на поверхні, що дозволяє підвищити якість продукції; можливість виконання циклограми зміни температур, якщо це потрібно; простота в управлінні та регулюванні параметрами пари. Проектування парогенераторів, зменшення їх габаритних розмірів, підвищення надійності утруднено без попередніх досліджень теплообміну і гідродинаміки при кипінні а також способів інтенсифікації теплообміну. Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно вирішити наступні задачі: - проаналізувати існуючі дані, присвячені експериментальним дослідженням теплообміну у елементах теплотехнічного обладнання, проаналізувати сучасні підходи до створення математичних моделей теплообміну і гідродинаміки при кипінні; Експериментально доведена можливість інтенсифікації теплообміну при кипінні у щілинних каналах, ширина яких дорівнює декільком відривним діаметрам бульбашки, для режимних параметрів, що реалізуються у парогенеруючих установках (висота 1000 мм, діаметр поверхні, що гріє, 140 мм, тиск від 0,1 до 0,8 МПА, щільність теплового потоку від 22 до 74 КВТ/м2). Уперше на основі уявлень про гетерогенні взаємопроникаючі середовища розроблена математична модель теплообміну при бульбашковому кипінні у стиснених умовах яка доповнюється теорією зародкоутворення на шорсткуватих поверхнях, і дозволяє отримувати дані по теплообміну і гідродинаміці у широкому діапазоні геометричних параметрів, тисків, щільностей теплового потоку.У першому розділі показано, що при проектуванні електричного парогенеруючого обладнання необхідні надійні дані щодо тепловіддачі при кипінні та підвищення інтенсивності теплообміну. Існуючи на сьогодні експериментальні дані щодо кипіння в умовах вільної конвекції, у щілинних каналах, трубах малого діаметру, у термосифонах демонструють те, що ступінь впливу основних параметрів (тиску, щільності теплового потоку, геометричних характеристик) на коефіцієнт тепловіддачі різний і сильно залежить від умов, при яких відбувається кипіння. Незважаючи на існуючі досягнення у рішенні задач гідродинаміки та теплообміну при кипінні, теоретичний опис руху та теплообміну при кипінні не завершено. Вказано, що оцінка основних характеристик кипіння у теплотехнічному обладнанні на етапі проектування потребує створення математичної моделі гідродинаміки і теплообміну при кипінні у щілинних каналах. проведення візуалізації гідродинаміки при кипінні у щілинних каналах, визначення режимів кипіння, при яких спостерігається підвищений коефіцієнт тепловіддачі;Для моделювання бульбашкового кипіння у щілинному каналі за основу було взято модель гетерогенних взаємопроникаючих середовищ та використана теорія утворення, росту та відриву бульбашок на шорсткуватій поверхні. Відповідно до цієї моделі тиск у рідині не залежить від поперечної координати, при цьому з рівнянь відкидаються другі похідні по подовжній координаті x. Система рівнянь складалася із рівняння збереження кількості бульбашок, рівняння збереження маси парової фази, рівняння збереження маси рідини, рівняння руху бульбашок, рівняння руху рідини, рівняння теплообміну в рідині, рівняння теплообміну в бульбашках, рівняння руху поверхні бульбашки, рівняння для радіусів бульбашок та рівняння стану для пари у бульбашці.Аналіз досліджень, присвячених кипінню у різноманітних теплообмінних агрегатах, показав, що на сьогодні існує брак надійних експериментальних даних щодо інтенсивності теплообміну при кипінні у стиснених умовах, зокрема, у щілинних каналах, які можуть бути реалізовані у елементах теплотехнічного обладнання, таких як великогабаритні термосифони, парогенеруючі установки. Крім того, не існує простих і надійних математичних моделей, які б дозволяли на етапі проектування теплообмінного обладнання оцінювати основні параметри гідродинаміки і теплообміну при кипінні у щілинних каналах. Експериментально доведено, що коефіцієнти тепловіддачі у щілинних каналах, які були утворені стінкою, що гріє, і гладким дефлектором, значно (до 50%) перевищують коефіцієнти тепловіддачі при кипінні в умовах вільної конвекції, а коефіцієнти тепловіддачі у щілинних каналах, утворених стінкою, що гріє, і перфорованим дефлектором, перевищують коефіцієнти тепловіддачі при кипінні в умовах вільної конвекції до 25%. Визначений складний характер впливу величини щілинного зазору на тепловіддачу при кипінні у високих (1000 мм) щілинних каналах, показано, що для кожного режиму кипіння існує величина щілинного зазору, починаючи з якої при зменшенні щілини коефіцієнт тепловіддачі збільшується, досягає максимального значення у певному щілинному зазорі, при подальшому зменшенні щілини тепловіддача погіршується. За результатами візуалізації процесів кипіння у високих щілинних каналах (ширина 4 мм, висота 1000 мм; ширина 3 мм, висота 600 мм), виявлені режими кипіння, що реалізуються вздовж щілинного каналу,

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ